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嵌入式实时JAVA研究

2020-12-01阅读(872)

嵌入式实时JAVA研究

论文摘要

Java语言具有的面向对象、跨平台、语言级并发支持、安全等特性,使得它不仅在互联网领域得到了广泛应用,也引起了嵌入式领域研究人员的高度重视。随着实时Java规范的推出,如何实现实时Java平台成为了研究热点。目前,常见的实时Java平台的实现方式有解释、提前编译、硬件加速、硬件翻译及Java处理器方式。同其它实现方式相比,Java处理器方式免除了把Java字节码转换为机器代码的工作,提升了总体性能。本文是在前面工作的基础上,对HRTEJ(Hard Real time Embedded Java Processor)所做的进一步扩展和研究,由原来的16位Java处理器扩展为32位处理器JPOR(Java Processor Optimized For RTSJ),增加了内存寻址空间,增强了整体性能,主要表现为以下几个方面:一、数据宽度的改变。与HRTEJ相比,JPOR采用了三总线结构,A,B数据总线,C控制总线,寄存器组的数据宽度也由原来的16位扩展为32位,增强了对数据的处理能力,增加了数据处理总量,使虚拟机可以应用于要求更高的实时环境。二、流水线的设计。原来的HRTEJ没有引入流水线技术,本文在原构架的基础上引入了三级流水线,包括取字节码、取指令和译码、执行和回写,微指令采用了36位格式,提高了数据处理速度,使数据通路的控制方式更加简易。三、内核时钟的改变。采用FPGA的全局时钟网络,代替原来的计数器时钟,增强了时钟的驱动能力,实现了嵌入式的同步实时处理,有效消除了以往处理机中的潜在时序紊乱,还可以针对Java虚拟机的特点提供特殊的硬件支持。最后,本文完成了该JPOR处理器的构架设计,进而使用硬件描述语言VHDL对处理器各部件进行建模,并在Xilinx Spartan 3实验平台上通过了功能模块的仿真,表明该Java处理器能够在低成本的FPGA芯片中实现,不但降低了成本,而且硬件执行Java字节码具有执行效率高、内存占用少、功耗低等特点,更适合用于资源受限的嵌入式设备。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 研究背景与意义
  • 1.2 Java 平台研究现状
  • 1.3 本文的主要工作
  • 1.4 本文结构安排
  • 第二章 Java 技术与Java 虚拟机
  • 2.1 Java 体系结构
  • 2.2 Java Class 文件
  • 2.2.1 Class 文件常量池
  • 2.2.2 Class 文件中的字段
  • 2.2.3 Class 文件中的方法
  • 2.2.4 Class 文件中的属性
  • 2.3 Java 虚拟机
  • 2.3.1 Java 虚拟机运行时结构
  • 2.3.2 Java 虚拟机指令集
  • 2.3.3 Java 方法的调用
  • 2.4 基于RTSJ 的Java 平台研究现状
  • 2.5 本章小结
  • 第三章 系统结构
  • 3.1 本文的Java 平台模型
  • 3.2 相关工作
  • 3.2.1 HRTEJ 平台环境
  • 3.2.2 HRTEJ 处理器运行时存储结构
  • 3.2.3 类转换器设计
  • 3.3 JPOR 栈帧的设计
  • 3.4 系统结构
  • 3.4.1 JPOR 处理器框架
  • 3.4.2 指令系统
  • 3.4.3 微指令
  • 3.4.4 流水线
  • 3.5 本章小结
  • 第四章 JPOR 的设计与实现
  • 4.1 数据通路
  • 4.1.1 数据通路的设计
  • 4.1.2 微指令
  • 4.2 流水线的设计
  • 4.2.1 取字节码
  • 4.2.2 取指令和译码部件
  • 4.2.3 执行
  • 4.2.4 流水线的控制
  • 4.3 平台的实现与测试结论
  • 4.3.1 Spartan 3 内部资源
  • 4.3.2 全局时钟的实现
  • 4.3.3 存储器的设计
  • 4.4 实验平台及仿真情况
  • 4.5 本章小结
  • 第五章 结论与展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文

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